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操作系统之内存管理：4 基本地址变换机构(段氏页式段页式)

时间：2023-06-10 13:28:25

4、基本地址变换机构

页式1、页式硬件实现流程地址变化步骤例问题2、页式+快表什么是快表？引入快表后地址变换步骤引入快表后的硬件实现快表无法装入完整的慢表，达到高命中率的基础原理是什么？-------->局部性原理有无快表的对比：3、两级页表单级页表存在的问题二级页表的逻辑地址结构二级页表的硬件实现(解决第一个问题)二级页表如何实现地址转换？第二个问题的解决？什么叫各级页表大小不能超过一个页面？段氏什么叫分段？如何确定进程的每个段在内存中存放的位置？--------->段表段氏硬件实现流程内存访问次数分段、分页管理的对比段页式段氏和页式的缺点如何确定进程的每个段在内存中存放的位置？--------->段表+页表段页式管理的逻辑地址结构段页氏硬件实现流程

页式

1、页式

硬件实现流程

需要进行俩次内存访问

地址变化步骤

例

问题

2、页式+快表

什么是快表？

快表：就是高速缓存cache，访问速度快于内存，造价高于内存
所以：cache的容量小于内存，
cache和快表(TLB)的区别：TLB 中只有页表项的副本，而普通 Cache 中可能会有其他各种数据的副本

引入快表后地址变换步骤

什么叫快表和慢表同时查找？
就是在访问快表的同时也访问慢表，所以在上面的例子中可以节省一秒时间

引入快表后的硬件实现

假如：
第一次访问(0,0),检查越界后查询快表，未命中，查询页表，并将该页表项复制到快表，访问物理地址。（访问两次内存）
第二次访问(0，4),检查越界后查询快表，命中，直接访问物理地址（访问一次内存）
第三次访问(0，8),检查越界后查询快表，命中，直接访问物理地址（访问一次内存）

快表无法装入完整的慢表，达到高命中率的基础原理是什么？-------->局部性原理

有无快表的对比：

3、两级页表

单级页表存在的问题

由于段氏内存分配的一个优点就是可以进行非连续的存储，但是当我们采用页式存储的时候，逻辑地址与页表项需要建立一一对应的关系，当逻辑地址太多时，就需要一片很长的连续空间进行页表存储，这样就丧失了非连续存储的优势。因此，提出了二级页表的概念。

二级页表的逻辑地址结构

二级页表的硬件实现(解决第一个问题)

我们可以类比于一级页表，一级页表可以将一个程序分页存储到不同不连续的内存单元。那二级页表其实就是将一级页表分页存储到不同不连续的内存单元，即将一级页表再分页。这样就可以解决第一个问题了。

二级页表如何实现地址转换？

就是先用一级页表查到二级页表存放的位置，在从二级页表查到物理地址。相对于一级页表的方式，就是多了一步页表查询的过程。

第二个问题的解决？

见下篇博客：操作系统之内存管理：5、虚拟存储技术

什么叫各级页表大小不能超过一个页面？

其中，二级页表在没有快表时需要进行3次内存的访问才能找到实际的物理地址。n级页表需要访问n+1次。

段氏

什么叫分段？

1、当我们写一个程序时会有一个main()函数，已经一系列的子函数；那么分段的意思就是：按照完整的自身逻辑结构(比如一个函数)将一个程序划分成多个块，然后将不同的块存储到不同不连续的内存段中。(如上图所示)，一个函数名就对应一个断号。
2、用户要对分段存储的程序进行数据的访问时，需要有俩个参数：第一个是段名，第二个是段内偏移量，所以称段氏的地址空间是二维的
3、段是信息的逻辑单位。分页的主要目的是更好地满足用户需求。。分段对用户是可见的，用户编程时需要显式地给出段名。